Сон является универсальным явлением в животном мире, он описан у всех основных групп, от простейших червей и медуз до млекопитающих, птиц и даже рептилий. Для всех животных во время сна характерны снижение активности, уменьшение мышечного тонуса и повышенная потребность в сне после его лишения.
У млекопитающих, птиц и некоторых рептилий сон делится на две основные фазы: медленный (SWS) и быстрый (REM). Медленный сон сопровождается замедлением активности мозга, обычно эта фаза наступает сразу после засыпания. Фаза REM характеризуется активностью мозга, схожей с бодрствованием, и быстрыми движениями глаз. Чередование этих фаз у человека складывается в один цикл длительностью около 1−1,5 часов, что составляет от пяти до шести циклов за ночь.
Ученые из Института мозга Макса Планка в Германии узнали как происходит чередование фаз сна у рептилий. Исследование проводилось на австралийской бородатой агаме (Pogona vitticeps). Впервые команда под руководством Гийома Лорана из Института мозга Макса Планка обнаружила фазу, схожую с REM, у бородатой агамы еще восемь лет назад. Это открытие предположило, что такой вид сна может быть древним и характерен для животных, откладывающих яйца или рождающих детенышей на суше, то есть млекопитающих, птиц и рептилий. Вероятно, этот тип сна уже существовал у их общего предка около 320 миллионов лет назад.
У бородатой агамы циклы сна имеют интересные особенности: фазы SWS и REM длятся примерно по одной минуте, что приводит к 200−250 циклам сна за ночь. Столь частая смена ритма позволила исследователям глубже изучить механизмы, управляющие чередованием фаз сна у рептилий. Они предположили, что за этот ритм отвечает центральный генератор ритмов (CPG) — нейронная сеть, обычно связанная с контролем движения, как, например, при ходьбе или дыхании.
Использование CPG для регулирования сна кажется необычным, поскольку сон обычно ассоциируется с малой подвижностью. Однако уникальный характер сна у агамы помог ученым выявить «фазовую зависимость» ритма, когда его можно изменить при внешнем воздействии, например, светом на закрытые глаза, что позволяет сбросить цикл сна и изменить частоту ритма.
Еще одним интересным открытием стало то, что циклы сна у бородатых агам могут быть нарушены только на одной стороне мозга, что приводит к асинхронному ритму на двух полушариях. Однако вскоре после таких нарушений циклы сна на обеих сторонах мозга синхронизируются, что указывает на существование двух CPG, которые взаимодействуют для поддержания синхронного ритма.
Эти открытия приводят к важным вопросам: может ли подобная система работать у млекопитающих и птиц? Если так, как она адаптируется для различных типов сна у разных видов? Понимание структуры этих нейронных цепей и их эволюционной роли в регуляции сна поможет в дальнейшем разобраться в одной из самых больших тайн биологии — для чего возник сон, и какую функцию он выполняет.
Исследование сна у рептилий не только приближает ученых к ответу на эти вопросы, но и расширяет наше понимание универсальности сна и его роли в эволюции.
Ранее специалисты раскрыли жуткую правду про бирманских питонов.